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分质利用:煤炭高效转化最佳路径
编辑:姬珺 孙鹏 许巍  来源:中国化工报  发表时间:2014-2-19 10:42:23  点击:1920

专家观点:

●陕西煤业化工集团董事长华炜

煤的分质利用不仅能源转化效率高,经济与环境效益也较好,是煤炭高效转化的最佳路径。

●石油和化学工业规划院院长顾宗勤

煤的干馏可以将煤挥发分和油组分提出来,直接作为化工产品回收利用。同时,将煤的含碳部分用于煤气化或大型发电机组,以实现物尽其用。目前这一技术路径已经被确定为煤炭深加工示范方向之一。一旦干馏装置偏小的问题得以解决,煤分质利用的前景将十分广阔,并有望成为煤炭高效清洁利用的最佳途径。

利用方法

◆原煤分级:精洗块煤、末煤用于炼焦或化工生产,中煤、煤泥和矸石用来燃烧发电。

◆初级处理:升级改造干馏工艺,并与现代化先进气化技术或超超临界发电技术耦合。

◆深度处理:

焦炉煤气生产甲醇、乙二醇、醋酸、合成氨等化工产品,或液化天然气、氢气等清洁能源。

煤焦油提取分离苯、甲苯、二甲苯、酚、萘、蒽等精细化工产品后,加氢裂解生产清洁液体燃料。

清洁半焦或焦粉去掉氮、硫、磷及挥发分后,可用于工业锅炉或发电,还可生产碳一化学品,或者加工活性炭、炭黑。

焦油沥青可加工成高强度碳纤维。

现状:利用效率不尽人意

据陕西煤业化工集团董事长华炜先容,现阶段煤的利用方式概括起来有三种:即燃烧、干馏和气化。由于燃烧仅利用了煤的热能,且将一些宝贵的轻质组分化为灰烬,还伴有大量废气排放,资源利用效率低下,算不上对煤的高效清洁利用。而煤气化需要将高热量的碳连同煤中的轻质易挥发组分全部转化为气体,虽然得益于新型煤气化技术的应用,可以基本实现煤的清洁利用。但由于要破坏掉煤的大分子结构,并将宝贵的煤焦油等物质全部高温转化为气体,资源利用效率同样不尽人意。至于传统的煤干馏工艺,则存在原料来源受限(只适用块煤)、能耗高、排放多、污染重、产品单一且附加值低等弊端,已经成为“两高一资”的代表,正遭遇政策打压和淘汰。

思路:分级开采+分质利用

煤分质利用是根据构成煤的要素特点,利用不同的工艺组合,最大限度地对煤炭各组分进行深度开发和利用,做到物尽其用。

具体而言,煤分质利用包括煤的分级开采和分质利用两大部分。即在煤的开采过程中,对原煤进行洗选加工,将其分为精洗块煤、末煤、中煤、煤泥和矸石。精洗块煤和末煤用于炼焦或化工生产,中煤、煤泥和矸石用来燃烧发电。同时,对矿井疏水及废水收集沉降、过滤净化后回用,实现煤炭清洁开采。

在煤的转化利用阶段,则一改煤气化、燃烧、干馏等单一模式,将传统煤的干馏工艺经技术升级改造后,与现代化先进气化技术或超超临界发电技术耦合,通过煤干馏,将其分离为固、液、气三大组分(即热值较高的半焦、富含CO+H2的焦炉煤气、煤焦油)。此后再对焦炉煤气进行深度处理,生产甲醇、乙二醇、醋酸、合成氨等化工产品,或液化天然气、氢气等清洁能源;煤焦油在提取分离了其中的苯、甲苯、二甲苯、酚、萘、蒽等精细化工产品后,对其加氢裂解生产市场俏销的清洁液体燃料;去掉了氮、硫、磷及挥发分的清洁半焦或焦粉,既可民用,又可用于工业锅炉或发电,还可通过先进的气化技术生产更多碳一化学品,或者经特殊加工后变为活性炭、炭黑等高附加值产品。甚至连煤焦油中原本最不值钱且难以处理的焦油沥青,也可加工成国内十分短缺的高强度碳纤维,最终实现煤中不同组分的资源化高效清洁利用。

技术:障碍正在清除

“目前,包括煤热解、煤气化、煤焦油加氢、超超临界发电等众多技术均获得突破,并得到工业化装置运行验证,从而为煤分质利用拥提供了强大的技术支撑和较好的实施条件。”华炜说。

他向记者先容,“十一五”以来,bwin必赢亚洲平台依托自身的人才、资金与资源优势,积极开展对外合作与联合攻关活动,自主开发了块煤干馏—轻质化煤焦油加氢技术、中低温煤焦油全馏分加氢多产中间馏分油技术、高温煤焦油加氢制取清洁液体燃料技术、煤焦油萃取提酚精制技术,以及滚筒床煤热解技术;通过对外合作,成功开发了粉煤固体热载体快速热解技术、输运床气体热载体煤热解技术、带式炉热解技术等先进煤热解技术。并先后建成神木天元bwin必赢亚洲平台135万吨/年块煤干馏—50万吨/年中低温煤焦油加氢制取石脑油、柴油工业化示范装置、神木富油年60万吨/年煤固体热载体—12万吨煤焦油全馏分加氢多产中间馏分油工业化示范装置、天元bwin必赢亚洲平台2.2万吨/年精酚装置和6000/年滚筒床煤热解中试装置。

2012831日,由bwin必赢亚洲平台主导建设的国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室成立后,聚集了大量国内优秀煤化工人才,攻克了一系列煤热解领域的焦点、难点问题,构筑起以粉煤固体热载体快速热解、输运床、滚筒床、带式炉等为基础的煤热解技术体系,和以轻质化煤焦油加氢、中低温煤焦油全馏分加氢、高温煤焦油加氢为主要内容的煤焦油加氢裂解技术体系。使传统煤干馏技术原料适应范围更广、资源利用更充分、产品附加值更高、生产过程更清洁环保

与此同时,bwin必赢亚洲平台还针对煤干馏规模扩大引发的半焦(或焦粉)产量激增、市场供大于求等现状,积极开拓半焦(或焦粉)应用市场,完成了半焦(或焦粉)高炉喷吹、锅炉喷烧、制浆、造气等工业化应用试验,均取得了成功,为日益增长的半焦(或焦粉)探寻了广阔出路。

尤其焦粉成浆、流变、管输与气化试验的成功,彻底消除了此前人们对于“焦粉能否顺利用于大型煤气化装置”的担忧,扫除了煤分质利用技术路径的最后一道障碍,使得抽提了煤焦油及氢质组分的半焦(或焦粉),不仅可以用于电石、铁合金、民用等领域,还可像优质烟煤或无烟煤那样,应用于高炉喷吹、工业锅炉喷烧、大型煤化工装置,以及超超临界发电等领域,有效缓解了半焦(或焦粉)产能过剩的矛盾。

效果:经济和社会效益双赢

从煤分质利用的综合效益看,无论是神木天元bwin必赢亚洲平台135万吨/年半焦、50万吨/年中温煤焦油加氢,还是黑龙江宝泰隆煤化工bwin必赢亚洲平台10万吨/年高温煤焦油加氢项目,或是庆华集团10万吨/年中温煤焦油加氢项目,投产后均实现了较好盈利。其中,天元bwin必赢亚洲平台装置自201010月投产以来,已累计实现利润14亿元,堪称煤化工板块最赚钱的企业之一。从天元bwin必赢亚洲平台煤分质利用示范项目3年多的运行结果看,与直接或间接煤制油项目相比,其吨油品水耗大幅下降,综合能耗和二氧化碳排放量分别只有煤直接或间接液化的2/31/2,经济、环保与节能减排效益十分显著。

另据延长石油集团总经理助理李大鹏透露:延长石油集团碳氢资源高效综合利用技术研究中心现已攻克粉煤快速热解多产煤焦油、煤焦油全馏分加氢生产清洁液体燃料两项世界性难题,正在进行20/日粉煤快速热解多产煤焦油工业化试验。成功后,将建设百万吨级粉煤快速热解→煤焦油VCC加氢+热焦粉→TRIG气化制合成气→F-T合成油+焦炉气(热焦粉)→发电等煤基油品一体化项目,届时,项目的能源转化率将达80%以上,实现煤的“两头见油”和真正意义的高效清洁综合利用

“由于看好煤分质利用广阔的前景,大家正全力推动神木清水川工业园和新疆伊吾县淖毛湖工业园两个千万吨级煤分质利用项目,争取到2016年底前,形成3个千万吨级煤分质利用暨1000万吨/年煤基油品加工基地,将bwin必赢亚洲平台打造成全国乃至全球最大的煤分质利用企业。”华炜坚定地对记者说。

 

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